شبیه‌سازی فعالیت عصبی در مغز با استفاده از فناوری نانو

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، بیش از یک قرن است که دانشمندان علوم اعصاب از الکترود‌های شیشه‌ای یا فلزی برای مطالعه فعالیت نورون‌های مغز استفاده می‌کنند. با توجه به تعداد زیاد نورون‌های موجود در مغز، این روش‌ها در بهترین حالت باز هم محدود هستند.

در این میان مواد در مقیاس نانومتری دارای مزایای زیادی هستند که راه را برای پیشرفت‌های عمده در علوم اعصاب و پزشکی باز می‌کند.

عملکرد مغز انسان همیشه دانشمندان را مجذوب خود کرده است. با وجود پیشرفت‌های فراوان در علوم اعصاب، بسیاری از سوالات، از جمله آنچه باعث هوشیاری می‌شود و چه عواملی باعث بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر می‌شود، بی‌پاسخ مانده است. فناوری نانو آماده است تا به محققان و دانشمندان در پاسخ به بسیاری از این سوالات کمک کند.

فروید امیدوار بود که روانشناسی را بر اساس درک رویداد‌های عصبی درون مغز بنا کند. با این حال، روش‌های مطالعه مغز در سطح فیزیولوژیکی محدود بود و هنوز راه زیادی برای شبیه‌سازی فعالیت مغز در سطح نورون وجود دارد. پیشرفت در این زمینه به ما در درک عملکرد مغز و درمان بیماری‌های عصبی کمک می‌کند.

نویسندگان این مقاله، NanoNeuro را به عنوان کاربرد نانومواد، نانوپروب‌ها و نانوالکترود‌ها در علوم عصبی توصیف می‌کنند. این نانومواد به ما کمک می‌کند تا مدار‌های عصبی را در مقیاس‌های فوق العاده کوچک بررسی کنیم. این دستگاه از همان فرایند‌هایی استفاده می‌کند که باعث کاهش ابعاد کامپیوتر‌ها از اندازه یک اتاق به اندازه یک تراشه در تلفن هوشمند شده است.

موادی مانند نانولوله‌های کربنی و گرافن دارای ویژگی‌های شیمیایی، حرارتی و مکانیکی منحصر به فردی هستند. در مقیاس کوانتومی، آن‌ها ویژگی‌های عجیب و غریب و عملکرد‌های کاملاً جدیدی از خود نشان می‌دهند.

نانوذرات پلاسمونی دارای ویژگی‌های نوری منحصر به فردی هستند که می‌توان از طریق شکل و اندازه آن‌ها را دستکاری کرد. آن‌ها می‌توانند برای شلیک نورون‌ها با درجه بالایی از دقت استفاده شوند.

نقاط کوانتومی نانوذراتی هستند که تحت میدان الکتریکی فلورسنت می‌کنند. این پدیده فلورسانس را می‌توان با تغییر میدان الکتریکی تعدیل کرد و فعالیت‌های نورون‌های فردی را آشکار کرد. آن‌ها می‌توانند جایگزین رنگ‌های فلورسنت شوند که در حال حاضر در تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شود.

از آنجا که میدان‌های مغناطیسی روی بدن انسان اثر منفی نداشته و آسیبی به بدن نمی‌رساند، نانوذرات مغناطیسی می‌توانند در بافت مغز قرار داده شوند تا فعالیت عصبی را تعدیل کنند.

فناوری نانو یک فناوری امیدوارکننده برای قرن ۲۱ است. این توانایی را دارد که علوم عصبی تئوریک را با مشاهده، دستکاری و کنترل ماده در مقیاس نانومتری به کاربرد‌های مفید تبدیل کند. این فناوری امکان بررسی فعالیت‌های عصبی در سطح زیر سلولی را فراهم می‌کند و درک ما را از عملکرد‌های مهم مغز به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشد.